Karbonitridovanie
Současná difuze uhlíku a dusíku při nižší teplotě než při cementování.
- Účel
- Tvrdá tenká vrstva a menší deformace u levnějších ocelí.
- Typické použití
- Drobné sériové díly, spojovací materiál, plechové výlisky.
- Vhodné materiály
- Nízkouhlíkové a automatové oceli.
- Kategorie
- Tepelně-chemické úpravy povrchu
Jak proces funguje
Karbonitridace je difuzní úprava podobná cementování, při níž se do povrchu oceli vpravuje současně uhlík i dusík. Díky nižším teplotám (820–900 °C) vznikají menší deformace a povrch má lepší korozní odolnost než při čistém cementování.
Pecní atmosféra obsahuje nauhličovací plyn (0,5–0,8 % C, např. CO/CH₄) a amoniak jako zdroj dusíku (0,2–0,4 % N). Při teplotě kolem 860 °C během 1–5 h vzniká na povrchu tzv. bílá vrstva nitridů (ε-Fe₂₋₃N) a pod ní difuzní zóna obohacená uhlíkem a dusíkem. Proces se zakončuje ochlazením v oleji, popouštěním a často i následnou oxidací (černění) pro zvýšení korozní odolnosti.
Klíčové procesní parametry
- Teplota: 820–900 °C (typicky ~860 °C)
- Doba: 1–5 h – kratší než při cementování, dusík zušlechťuje povrch rychleji
- Hloubka vrstvy: ~0,2–0,6 mm (max. ~0,7 mm)
- Povrchová tvrdost: cca 58–62 HRC
- Následná oxidace (magnetitová vrstva Fe₃O₄) při požadavku na korozní odolnost
Typické aplikace
- Automobilová kování a ozubená kola
- Spojovací součásti – nýty, matice vyžadující hladký povrch
- Nástroje s kombinací tvrdého nitridokarbidového povrchu a houževnatého jádra
Výhody
- Vyšší odolnost vrstvy při stejné tloušťce než po cementování
- Nižší pracovní teplota – minimální deformace dílů
- Zlepšená korozní odolnost díky nitridickým fázím
- Snížené tření v suchém kontaktu
Omezení a rizika
- Tenčí vrstva než při cementování – nevhodné pro extrémně silné funkční vrstvy
- Riziko křehké „bílé vrstvy“ při nesprávném nastavení dusíkového potenciálu
- Karbidová křehkost při nekontrolovaném přísunu uhlíku
- Toxické a korozivní plyny (amoniak) vyžadují uzavřené pece a ventilaci
Kontrola kvality
- Měření hloubky vrstvy jako NHD (nitriding hardness depth) podle DIN 50190-3 – pokles tvrdosti na hodnotu o 50 HV vyšší než tvrdost jádra
- Profily mikrotvrdosti podle Vickerse na příčném řezu
- Kontrola chemického složení povrchu a kvality oxidační (barevné) vrstvy
Doporučení pro návrh procesu
- Použít nízkolegované oceli vhodné k nitridaci (obsah Al, Cr, V pro tvorbu nitridů)
- U korozně namáhaných dílů doplnit následnou oxidaci – černá magnetitová vrstva
- Kalibrovat parametry na modelových vzorcích (hloubka vrstvy na příčném řezu)
- Pro minimální deformace použít pece s ochlazováním vzduchem nebo solnou lázní
Související normy
- DIN 50190-3 — měření nitridační hloubky (NHD)
- ISO 18203 — tloušťka povrchově upravených vrstev